基于混沌序列的DES彩色图像加密算法

专利名称：基于混沌系统的量子彩色图像加密算法专利类型：发明专利
发明人：张健,霍达
申请号：CN201710451097.1
申请日：20170615
公开号：CN107274458A
公开日：
20171020
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：基于混沌系统的量子彩色图像加密算法，分为两部分：一部分是通过利用Chen混沌系统产生的随机序列对图像进行像素的按位异或；另一部分是通过利用Logistic混沌系统产生幺正矩阵对量子图像进行置乱以及红绿蓝三基色互换。

通过以上两部分的结合得到量子图像加密算法，该算法可以通过给定不同的混沌初值对量子彩色图像加密。

申请人：东北林业大学
地址：150040 黑龙江省哈尔滨市香坊区和兴路26号
国籍：CN
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收稿日期:2004-11-27;修返日期:2005-04-03基金项目:航空科学基金资助项目(01C15001)基于混沌系统的独立密钥DES 数字图像加密算法*丁文霞,卢焕章,谢剑斌,王 浩(国防科学技术大学电子科学与工程学院,湖南长沙410073)摘 要:将图像数据矩阵视为普通数据流,利用混沌动力学的特性生成定长的混沌二值序列作为密钥对该数据流进行加密,提出了基于混沌系统的独立密钥DES 数字图像加密算法。

该算法安全性高,实验结果令人满意。

关键词:混沌;群;DES;数字图像加密中图法分类号:TP393.08 文献标识码: A 文章编号:1001-3695(2006)02-0113-03Ch aos-based U nat ta ched Key DES Encr ypt ion Algorith m for Digit al Im ageDING Wen-xia,LU Hua n-zhang,XIE J ia n-bin,WAN G Ha o(S chool of E lectronic Science &Engineer ing,National Univer sity of Defense Technology,Changs ha Hunan 410073,C hina)Abst ract :Proposes a n unat ta ched key DES digit al im ag e encryption algorithm bas ed on chaot ic sys tem.Considering im agedat a m a trix a s com m on da ta s trea m s,t he binary sequences generat ed from cha ot ic s yst em are used a s keys for t hese st ream s ’encryption.Algorithm provides good s ecurity.Experim ental result s are prom ising.Key wo rds:Cha os;Group;Dat a Encry pt ion S ta nda rd(DES );Digita l Im ag e Encrypt ion 随着Int ernet 技术与多媒体技术的飞速发展,数字化信息以不同的形式在网络上方便、快捷地传输,因此,信息的安全与保密显得越来越重要。

基于混沌系统的彩色图像加密算法研究的开题报告一、选题背景和意义随着信息技术的快速发展，信息交流和数据传输已成为我们日常生活的重要组成部分。

但是，随着信息技术的快速发展，互联网的普及和信息技术的普及，人们对数据的安全性越来越关注。

特别是在医疗、金融、政府和其他领域的重要数据保护中，安全性已经成为一项不可或缺的指标。

信息安全的核心之一是数据加密。

通过加密，数据传输和存储变得更加安全，第三方攻击者无法读取数据。

现有的加密方法包括对称加密和非对称加密。

实施对称加密需要保护密钥，而非对称加密的公钥和私钥都可能被黑客破解。

因此，基于混沌系统的加密方法已经成为了研究的热点。

本文旨在通过分析混沌系统，探讨基于混沌系统的彩色图像加密算法，增强数据安全性。

二、研究内容和方法1. 研究彩色图像的基本加密原理和加密算法，并分析其优点和不足之处。

2. 概述混沌系统及其重要性，并介绍混沌系统用于加密的机制。

3. 利用混沌系统和彩色图像的特征设计基于混沌系统的彩色图像加密算法。

4. 对所提出的算法进行实验验证和安全性分析，与其他常用加密算法进行比较。

三、预期研究成果1. 详尽探讨彩色图像的加密原理和加密算法，明确其优点和不足之处。

2. 介绍混沌系统用于加密的机制，加深对混沌系统的了解。

3. 提出一种基于混沌系统的彩色图像加密算法，并通过实验验证其安全性和实用性。

4. 为数据加密提供一种新的思路和方法。

四、论文结构第一章绪论1.1 选题背景和意义1.2 主要研究内容和方法1.3 预期研究成果第二章彩色图像加密算法的基础知识2.1 彩色图像的表示方法2.2 彩色图像的加密原理2.3 常用彩色图像加密算法第三章混沌理论和混沌系统3.1 混沌理论的基本概念3.2 混沌系统和混沌映射3.3 混沌系统在加密领域的应用第四章基于混沌系统的彩色图像加密算法设计4.1 基于混沌系统的彩色图像加密算法的原理4.2 基于混沌系统的彩色图像加密算法的实现4.3 加密算法的安全性分析第五章算法实验验证和结果分析5.1 实验环境和数据集5.2 算法实验验证5.3 结果分析和比较第六章总结与展望6.1 已取得的研究成果6.2 存在问题和展望参考文献。

基于混沌理论的图像加密算法设计与实现基于混沌理论的图像加密算法设计与实现摘要：随着信息技术的发展和普及，图像在各个领域扮演着越来越重要的角色。

为了保护图像数据的安全性和机密性，图像加密技术成为研究的热点之一。

混沌理论以其高度的不可预测性和不确定性，成为图像加密领域的重要工具之一。

本文基于混沌理论，设计了一种新的图像加密算法，并对其进行了实现。

结果表明，该算法在加密图像的同时，能够保护图像中的信息不被恶意攻击者获取。

关键词：混沌理论；图像加密；信息安全1. 引言图像加密技术是信息安全领域的重要研究内容，它在保护图像数据的安全性和机密性方面发挥着重要作用。

随着计算机技术的不断发展，传统的加密算法逐渐暴露出一些不足之处，例如加密速度慢、加密强度不高等。

混沌理论以其高度的不可预测性和不确定性，成为图像加密领域的重要工具之一。

本文基于混沌理论，设计了一种新的图像加密算法，并对其进行了实现。

2. 混沌理论的基本原理混沌理论是一种描述非线性动力学系统行为的数学理论。

混沌过程具有高度不可预测性和不确定性，其输出表现出一种看似随机而实际上具有确定性的行为。

混沌理论广泛应用于密码学领域，可以产生高度随机的密钥序列。

3. 图像加密算法的设计本文设计的图像加密算法主要包括三个步骤：密钥生成、混沌映射和像素置换。

其中，密钥生成通过混沌映射生成高度随机的密钥序列。

混沌映射是基于混沌系统的一种映射算法，可以产生类似随机数的序列。

像素置换是通过对图像像素的位置进行重新排列来实现加密过程。

具体算法的设计步骤如下：步骤1：密钥生成选择合适的混沌系统，并设置初始值。

通过迭代计算，得到一系列具有高度随机性的密钥序列。

步骤2：混沌映射将生成的密钥序列应用于需要加密的图像。

通过对每个像素值进行异或操作，实现加密过程。

步骤3：像素置换对加密后的图像进行像素位置的重新排列。

可以采用一定的规则，如置换矩阵或者混沌映射算法进行像素位置的调整。

4. 图像加密算法的实现本文采用MATLAB编程语言实现了基于混沌理论的图像加密算法。

基于混沌系统的图像加密算法实现混沌系统作为一种复杂的非线性动力学系统，近年来受到了广泛的关注。

其特点在于具有高度的敏感性依赖于初值，且能够呈现出高度随机的行为。

因此，在信息安全领域，混沌系统被广泛应用于加密通信、图像加密等方面。

本文将讨论基于混沌系统的图像加密算法及其实现方法。

一、混沌加密算法的优点基于混沌系统的加密算法具有以下几个优点：1.高度随机性：混沌系统能产生高度随机的序列，使其成为一种理想的加密源。

2.异常敏感性：混沌系统依赖于初始状态，因此对于不同的初始状态会得到完全不同的结果，异常敏感性是其最大的特点之一。

3.实时性：混沌系统产生的随机序列是实时的，可以使加密的过程立即执行，不会对通信速度产生影响。

二、混沌加密算法的实现方式1.图像灰度值的混沌加密对图像进行加密的方法之一是利用混沌序列对图像的灰度级进行加密。

具体步骤如下：（1）采用混沌系统生成长度为n的随机数列，作为灰度级的加密密钥；（2）将原始图像的灰度级进行拆分，对每一个像素值进行加密运算，得到加密后的图像。

实现的原理是通过将原始图像的灰度级与密钥进行异或操作，得到加密后的灰度级，再重新生成图像。

该方法简单易懂，实用性强，但其加密强度较低，容易遭受肉眼可见的攻击。

2.图像的置换加密该加密算法采用混沌映射生成随机序列，对矩阵的位置进行加密。

具体步骤如下：（1）将图像像素矩阵进行分组；（2）采用混沌映射生成随机序列，将序列值范围归一化到数组[1, N]以便做下标；（3）通过随机序列将矩阵进行排列，得到加密后的图像。

实现的原理是采用置换加密方法，即通过混沌映射产生的随机数，来改变图像像素的位置，从而构造加密后的图像。

该方法加密强度较高，但实现较为复杂，不适用于实时加密。

3.图像像素值的加密该加密算法采用混沌系统产生随机序列，对原始图像的像素值进行加密。

具体步骤如下：（1）采用混沌系统生成噪声序列，作为图像的加密解密密钥；（2）将原始图像的像素值与密钥进行运算，得到加密后的像素值。

基于混沌算法的图像加密与解密研究近年来，随着信息技术的飞速发展和互联网应用的普及，隐私数据的保护变得尤为重要。

图像加密作为保护图像隐私的一种常用手段，受到了广泛关注。

混沌算法作为一种具有高度随机性和无周期性的灵活算法，被广泛应用于图像加密与解密领域。

本文将重点研究基于混沌算法的图像加密与解密技术，并探讨其在实际应用中的潜在优势和挑战。

首先，我们将介绍混沌算法的基本原理和特点。

混沌算法是一种在非线性动力学系统中出现的随机现象，其离散时间动态方程描述如下：x_(n+1) = f(x_n) 公式(1)其中 x 为状态变量，f 为一个非线性映射函数。

混沌算法的主要特点是初始条件和参数对最终结果产生巨大影响，对于微小的改变输入条件，会产生截然不同的输出结果。

基于混沌算法的图像加密和解密技术借鉴了上述的特点，通过将图像的像素值与混沌序列进行异或运算或置换操作，来达到加密的目的。

其中，像素值与混沌序列进行异或运算的操作是常见的加密模式。

这种加密方式可以使得加密后的图像在零交叉点上分布均匀，增强了加密的随机性。

同时，加密和解密使用相同的混沌序列作为密钥，可以简化加密和解密的过程。

接下来，我们将详细讨论基于混沌算法的图像加密和解密方法。

首先是基于混沌序列的图像置乱算法。

在这种方法中，混沌序列生成器作为密钥发挥关键作用。

首先，对图像进行象素重排，然后将混沌序列与图像进行异或运算。

在解密过程中，同样需要首先对图像进行像素重排，然后通过混沌序列与密文进行异或运算得到原始图像。

其次是基于混沌序列的图像加密算法。

在这种算法中，混沌序列的值与图像的像素值进行异或运算，然后通过再次应用混沌序列对加密后的图像进行置乱操作。

解密过程通过相同的混沌序列对密文进行逆操作来还原原始图像。

此外，对混沌算法进行改进和优化也是图像加密与解密研究的一个重要方向。

传统的混沌序列生成器存在周期性和低随机性的问题，可能导致加密算法的安全性下降。

因此，研究人员通过改进混沌映射函数、增加参数等方式来提高混沌序列的随机性和无周期性特点，从而提升图像加密的安全性。